JP6223317B2 - Semiconductor inspection apparatus and semiconductor inspection method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体チップの検査装置および検査方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor chip inspection apparatus and inspection method.
従来、ステージ上に載置された半導体チップにコンタクトプローブを接触させてステージとコンタクトプローブとの間に電圧を印加することで、半導体チップの電気的特性の検査を行う装置がある(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is an apparatus for inspecting electrical characteristics of a semiconductor chip by bringing a contact probe into contact with a semiconductor chip placed on a stage and applying a voltage between the stage and the contact probe (for example, a patent) Reference 1).
パワー半導体チップの終端構造は、ウエハプロセスの性能向上およびウエハ材料の性質向上によって、シュリンク可能となった。パワー半導体チップの終端部をシュリンクすることで、チップコストの低減に大きな効果が得られるが、電極間の距離が短くなることに加えて、パワー半導体チップを高耐圧化することで、ベアチップ状態で高電圧を印加すると放電するリスクが発生する。検査時の放電によって半導体チップの部分的な破損、または不具合が生じることが知られている。そのため、検査時の放電を防止することは重要である。 The power semiconductor chip termination structure has become shrinkable due to improved wafer process performance and improved wafer material properties. Shrinking the end of the power semiconductor chip can greatly reduce the chip cost. In addition to shortening the distance between the electrodes, increasing the breakdown voltage of the power semiconductor chip allows When a high voltage is applied, there is a risk of discharging. It is known that the semiconductor chip is partially damaged or malfunctioned by the discharge during the inspection. Therefore, it is important to prevent discharge during inspection.
従来の装置は大気中での検査であるため、放電しないように検査を実施するには、デバイス側の電極間の距離を確保したり、または印加電圧を下げたりする必要があった。前者の場合はチップコストの増加が問題となり、後者の場合は耐圧保証範囲の低下が問題となる。 Since the conventional apparatus is an inspection in the atmosphere, in order to perform the inspection so as not to discharge, it is necessary to secure the distance between the electrodes on the device side or to lower the applied voltage. In the former case, an increase in chip cost becomes a problem, and in the latter case, a decrease in the breakdown voltage guaranteed range becomes a problem.
そこで、本発明は、検査時の放電を防止するとともに、検査におけるデバイス構造および保証範囲への制約をなくすことが可能な技術を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique capable of preventing discharge during inspection and eliminating restrictions on the device structure and the guaranteed range in the inspection.
本発明に係る半導体検査装置は、半導体チップを載置するためのステージと、前記半導体チップに押し当てて当該半導体チップを前記ステージに固定するとともに当該半導体チップの電気的特性を検査するコンタクトプローブと、前記コンタクトプローブを支持し、かつ、当該コンタクトプローブと一体的にまたは当該コンタクトプローブと独立に切り替えて、上下動可能に構成されるコンタクトプローブ主軸と、頂部が前記コンタクトプローブ主軸に固定され、かつ、前記コンタクトプローブ主軸の下降時に下端部が前記ステージに接触し、当該ステージとで前記半導体チップおよびその周辺に閉空間を形成する可撓性のドーム状のカバーとを備えるものである。 A semiconductor inspection apparatus according to the present invention includes a stage for mounting a semiconductor chip, a contact probe that presses against the semiconductor chip and fixes the semiconductor chip to the stage, and inspects electrical characteristics of the semiconductor chip. A contact probe main shaft that supports the contact probe and is configured to be movable up and down by switching to the contact probe integrally or independently of the contact probe; and a top portion is fixed to the contact probe main shaft; and The lower end of the contact probe main shaft comes into contact with the stage when the contact probe main shaft is lowered, and the semiconductor chip and a flexible dome-shaped cover that forms a closed space around the semiconductor chip are provided.
本発明に係る半導体検査方法は、ステージ上に半導体チップを載置する工程(a)と、コンタクトプローブ主軸をコンタクトプローブおよび、頂部が前記コンタクトプローブ主軸に固定される可撓性のドーム状のカバーとともに下降させ、当該カバーの下端部が前記ステージに接触し、当該ステージと前記カバーとで前記半導体チップおよびその周辺に閉空間を形成する工程(b)と、前記コンタクトプローブ主軸を前記コンタクトプローブおよび前記カバーとともにさらに下降させることで前記コンタクトプローブを前記半導体チップに押し当てるとともに、前記カバーの弾性変形によって前記閉空間中の空気を圧縮し排出する工程(c)と、前記コンタクトプローブを前記半導体チップに押し当てた状態で前記コンタクトプローブ主軸を前記カバーとともに上昇させることで前記カバーを弾性復帰させて前記閉空間を減圧する工程(d)と、前記ステージと前記コンタクトプローブとの間に高電圧を印加することで前記半導体チップの電気的特性を検査する工程(e)とを備えるものである。 A semiconductor inspection method according to the present invention includes a step (a) of placing a semiconductor chip on a stage, a contact probe main shaft as a contact probe, and a flexible dome-shaped cover whose top is fixed to the contact probe main shaft. And (b) forming a closed space around the semiconductor chip and its periphery with the stage and the cover, and a lower end portion of the cover in contact with the stage; A step (c) of pressing the contact probe against the semiconductor chip by further lowering together with the cover, and compressing and discharging air in the closed space by elastic deformation of the cover; and The contact probe spindle is pressed against A step (d) in which the cover is elastically restored by being lifted together with the cover to depressurize the closed space; and a high voltage is applied between the stage and the contact probe to thereby provide electrical characteristics of the semiconductor chip. And a step (e) of inspecting.
本発明によれば、コンタクトプローブ主軸をコンタクトプローブおよびカバーとともに下降させ、ステージとカバーとで半導体チップおよびその周辺に閉空間を形成し、コンタクトプローブ主軸をコンタクトプローブおよびカバーとともにさらに下降させることでコンタクトプローブを半導体チップに押し当てるとともに、カバーの弾性変形によって閉空間中の空気を圧縮し排出する。そして、コンタクトプローブを半導体チップに押し当てた状態でコンタクトプローブ主軸をカバーとともに上昇させることでカバーを弾性復帰させて閉空間を減圧し、ステージとコンタクトプローブとの間に高電圧を印加することで半導体チップの電気的特性を検査する。 According to the present invention, the contact probe main shaft is lowered together with the contact probe and the cover, the closed space is formed in the semiconductor chip and its periphery by the stage and the cover, and the contact probe main shaft is further lowered together with the contact probe and the cover to make the contact The probe is pressed against the semiconductor chip, and the air in the closed space is compressed and discharged by elastic deformation of the cover. Then, with the contact probe pressed against the semiconductor chip, the contact probe spindle is lifted together with the cover, the cover is elastically restored, the closed space is decompressed, and a high voltage is applied between the stage and the contact probe. Inspect the electrical characteristics of the semiconductor chip.
したがって、半導体チップおよびその周辺に形成された閉空間を減圧した状態で半導体チップの検査を実施することができるため、検査時の放電を防止でき、これにより、検査におけるデバイス構造および保証範囲への制約をなくすことが可能となる。 Therefore, since the semiconductor chip can be inspected in a state where the closed space formed in the semiconductor chip and the periphery thereof is decompressed, discharge during the inspection can be prevented, thereby reducing the device structure and the warranty range in the inspection. It is possible to remove the restrictions.
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体検査装置10の動作を説明するための断面図である。より具体的には、図1(a)は、ステージ14とカバー11とで半導体チップ1およびその周辺に閉空間20を形成する工程を示す断面図であり、図1(b)は、コンタクトプローブ12を半導体チップ1に押し当てるとともに閉空間20中の空気を排気する工程を示す断面図であり、図1(c)は、閉空間20を減圧する工程を示す断面図である。
<
図1(a)に示すように、半導体検査装置10は、ステージ14と、コンタクトプローブ12と、コンタクトプローブ主軸13と、カバー11とを備えている。半導体検査装置10は、ステージ14、コンタクトプローブ12およびコンタクトプローブ主軸13を制御する制御部(図示省略)をさらに備えている。ステージ14は、半導体チップ1の設置面と接触した状態で半導体チップ1を載置するための台座である。
As shown in FIG. 1A, the
コンタクトプローブ主軸13は、コンタクトプローブ12を支持し、かつ、コンタクトプローブ12と一体的にまたはコンタクトプローブ12と独立に切り替えて、上下動可能に構成されている。コンタクトプローブ主軸13は、外側部分を構成する第1軸部13aと、内側部分を構成する第2軸部13bとを備え、第1軸部13aと第2軸部13bは別々に駆動される。第2軸部13bはコンタクトプローブ12を支持し、コンタクトプローブ主軸13がコンタクトプローブ12と一体的に上下動するときは、第1軸部13aと第2軸部13bがともに駆動される。コンタクトプローブ12を上下動せずにコンタクトプローブ主軸13のみを独立に上下動するときは、第1軸部13aのみが駆動される。
The contact probe
コンタクトプローブ12の上端部は、コンタクトプローブ主軸13(より具体的には、第2軸部13b)に支持され、コンタクトプローブ12の主要部は、コンタクトプローブ主軸13の下面から下方に突出している。コンタクトプローブ12は、コンタクトプローブ主軸13とともに下降し、ステージ14上に載置された半導体チップ1にコンタクトプローブ12の先端を押し当てることで半導体チップ1をステージ14に固定する。コンタクトプローブ12は、導電性を有する、例えば銅、タングステンまたはレニウムタングステンなどの金属材料で構成されている。半導体検査装置10では、コンタクトプローブ12を半導体チップ1に押し当てた状態でステージ14とコンタクトプローブ12との間に電圧を印加することで半導体チップ1の電気的特性を検査する。
The upper end portion of the
ここで、縦型構造の半導体チップ1の評価の際、外部と接続するための一方の電極は、半導体チップ1の上面に設けた接続パッド(図示省略)と接触するコンタクトプローブ12である。そして他方の電極は、半導体チップ1の下面、つまり、設置面にて接触するステージ14の上面である。コンタクトプローブ12は、コンタクトプローブ主軸13の内部を通る信号線(図示省略)を介して制御部と接続されている。ステージ14は、ステージ14の側面などに設けた接続部(図示省略)に接続された信号線(図示省略)を介して制御部に接続されている。
Here, when evaluating the
カバー11の頂部は、コンタクトプローブ主軸13(より具体的には、第1軸部13a)の下端部に固定され、コンタクトプローブ主軸13と一体的に上下動可能に構成されている。また、カバー11は、コンタクトプローブ主軸13の下面から突出するコンタクトプローブ12の上方および側方を覆うように設けられている。すなわち、カバー11は、可撓性を有する絶縁材料(例えば、合成ゴムなど)にて構成され、可撓性のドーム状に形成されている。
The top portion of the
カバー11は、頂部である固定部11aと、本体部11bと、下端部である吸着部11cとを備えている。固定部11aは、角柱状または円柱状に形成され、上面に形成された穴部11dを備えており、カバー11は、穴部11dにコンタクトプローブ主軸13を挿通させた状態でコンタクトプローブ主軸13に固定されている。本体部11bは、半球状に形成され、固定部11aの下端と連なるように形成されている。吸着部11cは、本体部11bの下端から外方へ突出する庇状に形成され、コンタクトプローブ主軸13の下降時にステージ14の上面に接触し吸着するようになっている。
The
次に、半導体検査装置10の動作手順、すなわち、半導体検査方法について説明する。図1(a)に示すように、ステージ14上に半導体チップ1が載置された後、半導体検査装置10は、第1軸部13aと第2軸部13bとを駆動し、コンタクトプローブ主軸13をコンタクトプローブ12およびカバー11とともに下降させる。カバー11の吸着部11cがステージ14の上面に吸着したとき、ステージ14とカバー11とで半導体チップ1およびその周辺に閉空間20が形成される。
Next, an operation procedure of the
図1(b)に示すように、半導体検査装置10は、第1軸部13aと第2軸部13bとを駆動し、コンタクトプローブ主軸13をさらに下降させることでコンタクトプローブ12の先端を半導体チップ1に接触させ、さらにはコンタクトプローブ12の先端を半導体チップ1に押し当てる。コンタクトプローブ12の先端が半導体チップ1に押し当てられることで、半導体チップ1が固定される。
As shown in FIG. 1B, the
上記のように、半導体検査装置10は、コンタクトプローブ主軸13をさらに下降させることでカバー11をステージ14に押し込む。カバー11をステージ14に押し込むことでカバー11が弾性変形し、閉空間20中の空気が圧縮され、閉空間20の空気がカバー11の吸着部11cとステージ14の接触部との隙間から外部に排出される。その後、図1(c)に示すように、半導体検査装置10は、コンタクトプローブ12の先端を半導体チップ1に押し当てた状態で、コンタクトプローブ主軸13のみを上昇させることで、コンタクトプローブ主軸13に一端が固定されたカバー11が引き上げられる。ここでは、第2軸部13bは駆動されず、第1軸部13aのみが駆動される。カバー11が弾性復帰することで、カバー11の内部(閉空間20)の空気の体積が膨張し閉空間20の圧力が低下する。その結果、半導体チップ1およびその周辺が真空状態に近づけられる。
As described above, the
閉空間20において設定する真空度は、パッシェンの法則(図2参照)に基づいて、半導体チップ1の測定電圧からpd[Torr cm]を求めて、半導体チップ1の電極間の最小距離を決めることで求まる。なお、実際には沿面放電になるため、求められた真空度は目安値である。ここで、図2は、ガス圧と電極間隔の積と火花電圧の関係を示すグラフである。また、カバー11の引き上げ量の設定値は、カバー11の引き上げ量と真空度の関係に基づいて決定される。
The degree of vacuum set in the closed
半導体チップ1およびその周辺を真空状態に近づけた後、半導体検査装置10は、ステージ14とコンタクトプローブ12との間に高電圧を印加することで半導体チップ1の電気的特性を検査する。
After bringing the
以上のように、実施の形態1に係る半導体検査装置10は、コンタクトプローブ主軸13をコンタクトプローブ12およびカバー11とともに下降させ、ステージ14とカバー11とで半導体チップ1およびその周辺に閉空間20を形成し、コンタクトプローブ主軸13をコンタクトプローブ12およびカバー11とともにさらに下降させることでコンタクトプローブ12を半導体チップ1に押し当てるとともに、カバー11の弾性変形によって閉空間20中の空気を圧縮し排出する。そして、コンタクトプローブ12を半導体チップ1に押し当てた状態でコンタクトプローブ主軸13をカバー11とともに上昇させることでカバー11を弾性復帰させて閉空間20を減圧し、ステージ14とコンタクトプローブ12との間に高電圧を印加することで半導体チップ1の電気的特性を検査する。
As described above, in the
したがって、半導体チップ1およびその周辺に形成された閉空間20を減圧した状態で半導体チップ1の検査を実施することができるため、検査時の放電を防止でき、これにより、検査におけるデバイス構造および保証範囲への制約をなくすことが可能となる。以上より、検査時の放電に起因して半導体チップ1の部分的な破損、または不具合が生じることを防止できるため、半導体チップ1の歩留まり向上を図ることが可能となる。
Therefore, since the
また、従来の半導体検査装置では半導体チップの裏面を吸着することで半導体チップをステージに固定していたため、従来の半導体検査装置は減圧装置を備えていた。しかし、実施の形態1に係る半導体検査装置10ではコンタクトプローブ12を押し当てることによって半導体チップ1をステージ14に固定することができるため、半導体検査装置10は減圧装置を備える必要がない。そのため、半導体検査装置10の構造が従来よりもシンプルになり気密性を高めて高真空化を実現できる。
Further, in the conventional semiconductor inspection apparatus, the semiconductor chip is fixed to the stage by adsorbing the back surface of the semiconductor chip, so that the conventional semiconductor inspection apparatus includes a decompression device. However, since the
カバー11は、可撓性を有する絶縁性材料にて構成されるため、繰り返し性がよく、カバー11の配置および動作自由度が高いという効果が得られる。
Since the
ここで、半導体検査装置10は、閉空間20における半導体チップ1の周辺の真空度を測定する真空計をさらに備えてもよい。より具体的には、真空計は、コンタクトプローブ主軸13またはステージ14のうちの閉空間20と接する位置に配置される。半導体チップ1の周辺の真空度は、コンタクトプローブ主軸13の上昇値(カバー11の引き上げ量)に応じて調整される。また、半導体検査装置10は、閉空間20の真空度をトリガーとして検査を行うようにし、設定した真空度に到達していない場合は検査できないようにする。これにより、検査時の放電によるロスを低減できる。
Here, the
また、半導体検査装置10は、予め定められた検査項目を検査する場合にコンタクトプローブ主軸13をカバー11とともに上昇させてもよい。以下、具体的に説明する。ステージ14とカバー11とで半導体チップ1およびその周辺に閉空間20が形成された後、半導体検査装置10は、コンタクトプローブ主軸13をさらに下降させてカバー11をステージ14に押し込むことで、閉空間20の空気がカバー11の吸着部11cとステージ14の接触部との隙間から外部に排出される。このとき、半導体検査装置10は、予め定められた検査項目(例えば、耐圧リーク測定)を検査する場合、コンタクトプローブ12の先端を半導体チップ1に押し当てた状態で、コンタクトプローブ主軸13をカバー11とともに上昇させて、閉空間20の圧力を低下させた後、ステージ14とコンタクトプローブ12との間に高電圧を印加することで半導体チップ1の電気的特性を検査する。
Further, the
他方、半導体検査装置10は、予め定められた検査項目以外の項目(例えば、耐圧リーク測定以外の項目)を検査する場合、コンタクトプローブ主軸13およびカバー11を上昇させず、すなわち、閉空間20の圧力を低下させることなく、半導体チップ1の電気的特性を検査する。
On the other hand, the
半導体検査装置10が閉空間20の真空状態を維持するためにはかなりの負荷を要する。しかし、高電圧を印加する耐圧リーク測定時のみ真空に近づければよいため、半導体検査装置10は、検査項目とコンタクトプローブ主軸13の動作を同期させ、必要な検査項目を検査する場合のみコンタクトプローブ主軸13をカバー11とともに引き上げる制御を行うことで、半導体検査装置10にかかる負荷を減少させることができる。
A considerable load is required for the
他方、高電圧を印加する耐圧リーク測定時においては、保証電圧において放電しない真空度(すなわち、カバー11の引き上げ量)に調整することで、検査時の放電を防止することが可能となる。
On the other hand, at the time of withstand voltage leak measurement in which a high voltage is applied, it is possible to prevent discharge at the time of inspection by adjusting the degree of vacuum (that is, the amount by which the
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体検査装置10について説明する。図3は、実施の形態2に係る半導体検査装置10の動作を説明するための断面図である。より具体的には、図3(a)は、ステージ14とカバー11とで半導体チップ1およびその周辺に閉空間20を形成する工程を示す断面図であり、図3(b)は、コンタクトプローブ12を半導体チップ1に接触させるとともに閉空間20中の空気を排気する工程を示す断面図であり、図3(c)は、閉空間20を減圧する工程を示す断面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<Embodiment 2>
Next, the
実施の形態2に係る半導体検査装置10は、図3(a),(b),(c)に示すように、さらに固定具15と逆止弁16(排気弁)とを備えている。固定具15は、ステージ14の上面に設けられ、カバー11の吸着部11cを固定することでカバー11とステージ14とを固定する。実施の形態2においては、実施の形態1の場合よりも密閉性を高めるため、カバー11の吸着部11cがステージ14の上面と接触したとき、カバー11とステージ14は固定具15によって固定される。また、密閉された空気の抜け道として、ステージ14における半導体チップ1が載置される部分の周辺部に、閉空間20中の空気を排出するための逆止弁16が設けられている。
As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the
以上のように、実施の形態2に係る半導体検査装置10は、カバー11をステージ14に固定する固定具15をさらに備える。大気圧以上の力でコンタクトプローブ主軸13を引き上げるとカバー11とステージ14との接触状態が解除されるが、カバー11とステージ14を固定具15で固定することで大気圧以上の力で引き上げることが可能となり、閉空間20を一層真空状態に近づけることが可能となる。
As described above, the
ステージ14における半導体チップ1が載置される部分の周辺部に閉空間20中の空気を排出するための逆止弁16をさらに備えるため、カバー11によって圧縮された空気を逆止弁16で効率的に排出することで、閉空間20の真空度を安定化させることができる。
Since the
また、実施の形態1に係る半導体検査装置10においてもステージ14に逆止弁16を設けることも可能である。この場合にも、カバー11によって圧縮された空気を逆止弁16で効率的に排出することで、閉空間20の真空度を安定化させることができる。
In the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 半導体チップ、10 半導体検査装置、11 カバー、12 コンタクトプローブ、13 コンタクトプローブ主軸、14 ステージ、15 固定具、16 逆止弁、20 閉空間。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体チップに押し当てて当該半導体チップを前記ステージに固定するとともに当該半導体チップの電気的特性を検査するコンタクトプローブと、
前記コンタクトプローブを支持し、かつ、当該コンタクトプローブと一体的にまたは当該コンタクトプローブと独立に切り替えて、上下動可能に構成されるコンタクトプローブ主軸と、
頂部が前記コンタクトプローブ主軸に固定され、かつ、前記コンタクトプローブ主軸の下降時に下端部が前記ステージに接触し、当該ステージとで前記半導体チップおよびその周辺に閉空間を形成する可撓性のドーム状のカバーと、
を備える、半導体検査装置。 A stage for mounting a semiconductor chip;
A contact probe that presses against the semiconductor chip to fix the semiconductor chip to the stage and inspects electrical characteristics of the semiconductor chip;
A contact probe main shaft that supports the contact probe and is configured to be movable up and down by switching integrally with the contact probe or independently of the contact probe;
A flexible dome shape in which a top portion is fixed to the contact probe main shaft, and a lower end portion contacts the stage when the contact probe main shaft is lowered, and forms a closed space in the semiconductor chip and its periphery with the stage. The cover of
A semiconductor inspection apparatus.
(b)コンタクトプローブ主軸をコンタクトプローブおよび、頂部が前記コンタクトプローブ主軸に固定される可撓性のドーム状のカバーとともに下降させ、当該カバーの下端部が前記ステージに接触し、当該ステージと前記カバーとで前記半導体チップおよびその周辺に閉空間を形成する工程と、
(c)前記コンタクトプローブ主軸を前記コンタクトプローブおよび前記カバーとともにさらに下降させることで前記コンタクトプローブを前記半導体チップに押し当てるとともに、前記カバーの弾性変形によって前記閉空間中の空気を圧縮し排出する工程と、
(d)前記コンタクトプローブを前記半導体チップに押し当てた状態で前記コンタクトプローブ主軸を前記カバーとともに上昇させることで前記カバーを弾性復帰させて前記閉空間を減圧する工程と、
(e)前記ステージと前記コンタクトプローブとの間に高電圧を印加することで前記半導体チップの電気的特性を検査する工程と、
を備える、半導体検査方法。 (A) placing a semiconductor chip on the stage;
(B) The contact probe main shaft is lowered together with the contact probe and the flexible dome-shaped cover whose top is fixed to the contact probe main shaft, and the lower end of the cover contacts the stage, and the stage and the cover And forming a closed space around the semiconductor chip and the periphery thereof,
(C) A step of further lowering the contact probe main shaft together with the contact probe and the cover to press the contact probe against the semiconductor chip, and compress and discharge air in the closed space by elastic deformation of the cover When,
(D) a step of raising the contact probe main shaft together with the cover in a state where the contact probe is pressed against the semiconductor chip to elastically return the cover to decompress the closed space;
(E) inspecting electrical characteristics of the semiconductor chip by applying a high voltage between the stage and the contact probe;
A semiconductor inspection method.
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